一種機車溫度傳感器故障診斷及容錯估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機車故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機車溫度傳感器故障診斷及容 錯估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機車傳動控制系統(tǒng)中，溫度是表征設(shè)備工作環(huán)境與狀態(tài)的一個重要指標(biāo)，如牽 引變壓器油溫、牽引變流器水冷系統(tǒng)的水口溫度傳感器、牽引電機溫度等。如果溫度過高， 機車需采取減功率運行、分主斷等保護(hù)動作，以保證設(shè)備的安全運行。由于機車運行過程中 的強烈振動甚至檢修等原因，都有可能導(dǎo)致傳感器故障（如斷線、短路、反接等）情況。溫 度傳感器發(fā)生故障時，傳感器測量值將偏離真實值，如果該測量值與真實值相比偏高，則將 會導(dǎo)致系統(tǒng)誤動作，影響機車的正常運用；如果該測量值與真實值相比偏低，則將導(dǎo)致系統(tǒng) 漏動作，也對機車設(shè)備造成損害。
[0003] 目前對于溫度傳感器的故障診斷通常均是基于簡單的超限判斷原理，即當(dāng)采集到 的溫度值不處于有效范圍內(nèi)則認(rèn)為傳感器發(fā)生故障。該類方法僅能實現(xiàn)簡單的是否發(fā)生故 障判斷，而無法對所發(fā)生的具體故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，若需要獲取溫度真實值則需要在解除 故障后重新進(jìn)行測定，從而限制了故障診斷的有效性和系統(tǒng)的可用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種實現(xiàn)操作簡單，能夠自動診斷溫度傳感器的故障，同時實現(xiàn)故障工況的準(zhǔn)確定位以及溫 度真實值的重構(gòu)或估計的機車溫度傳感器故障診斷及容錯估計方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0006] -種機車溫度傳感器故障診斷及容錯估計方法，步驟包括：
[0007] 1)預(yù)先在機車中待診斷溫度傳感器處于不同故障工況時檢測預(yù)設(shè)范圍內(nèi)溫度，分 別獲取通過溫度采集電路采集到的溫度測量值；根據(jù)各所述溫度測量值建立故障工況與溫 度測量值之間的對應(yīng)關(guān)系、以及各故障工況下溫度測量值與溫度真實值之間的關(guān)系模型；
[0008] 2)實時獲取待診斷溫度傳感器的當(dāng)前溫度測量值；判斷當(dāng)前溫度測量值是否為 有效檢測值，如果是，則診斷為處于正常狀態(tài)，將當(dāng)前溫度測量值作為溫度真實值輸出；否 則診斷為處于故障狀態(tài)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3);
[0009] 3)根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系定位當(dāng)前溫度測量值所對應(yīng)的故障工況，并根據(jù)所述關(guān)系模 型重構(gòu)或估計出當(dāng)前溫度真實值。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述故障工況包括所述待診斷溫度傳感器與溫度采集 電路之間的電源輸入兩端、溫度信號傳輸兩端中，一端故障或其中兩端同時故障。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟1)中關(guān)系模型的建立時，若目標(biāo)故障工況下 所述溫度測量值與溫度真實值呈線性關(guān)系，則通過將目標(biāo)故障工況下不同溫度時的溫度測 量值進(jìn)行曲線擬合，建立目標(biāo)故障工況的線性關(guān)系模型。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述曲線擬合具體采用最小二乘算法。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)所述待診斷溫度傳感器為檢測機車牽引變流器水冷 系統(tǒng)的溫度傳感器時，所述步驟1)中建立故障工況與溫度測量值之間的對應(yīng)關(guān)系包括：不 同溫度時溫度測量值呈線性關(guān)系，對應(yīng)為所述電源輸入兩端中負(fù)端斷線故障，或?qū)?yīng)為所 述溫度信號傳輸兩端中負(fù)端斷線故障，或?qū)?yīng)為所述電源輸入兩端反接故障。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1)中建立故障工況與溫度測量值之間的對 應(yīng)關(guān)系還包括：不同溫度時溫度測量值接近為最大溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換正值，對應(yīng)為所述電源輸 入兩端中負(fù)端、溫度信號傳輸兩端中負(fù)端同時斷線故障；不同溫度時溫度測量值接近為最 大溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換負(fù)值，對應(yīng)為所述電源輸入兩端中負(fù)端、溫度信號傳輸兩端中正端同時斷 線故障。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1)中建立故障工況與溫度測量值之間的對 應(yīng)關(guān)系還包括：不同溫度時溫度測量值接近為零值，對應(yīng)為所述電源輸入兩端中正端斷線 故障，或?qū)?yīng)為所述溫度信號傳輸兩端中正端斷線故障，或?qū)?yīng)為所述電源輸入兩端中負(fù) 端、溫度信號傳輸兩端中正端同時斷線故障，或?qū)?yīng)為所述溫度信號傳輸兩端同時斷線、短 路中一種故障，或?qū)?yīng)為所述電源輸入兩端短路故障。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2)中判斷當(dāng)前溫度測量值是否為有效檢測 值的具體步驟為：
[0017] 2. 1)根據(jù)待診斷溫度傳感器所需檢測的溫度范圍計算溫度測量值的有效范圍；
[0018] 2. 2)判斷當(dāng)前溫度測量值是否在所述溫度測量值的有效范圍內(nèi)，如果是，則判定 為有效檢測值，否則判定不是有效檢測值。
[0019] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3)中根據(jù)所述關(guān)系模型重構(gòu)或估計出對應(yīng) 的溫度真實值的具體步驟為：
[0020] 3. 1)根據(jù)當(dāng)前溫度測量值所確定的故障工況獲取對應(yīng)的關(guān)系模型，判斷所述關(guān)系 模型是否為線性，如果是，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3. 2)，否則轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3. 3);
[0021] 3. 2)根據(jù)所述關(guān)系模型重構(gòu)出當(dāng)前溫度測量值對應(yīng)的溫度真實值；
[0022] 3. 3)獲取待診斷溫度傳感器在正常狀態(tài)時的歷史溫度測量值，根據(jù)所述歷史溫度 測量值估計出當(dāng)前溫度真實值。
[0023] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟3. 3)具體通過灰度模型估計出當(dāng)前溫度真 實值。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0025] 1)本發(fā)明中根據(jù)溫度傳感器所需檢測的溫度范圍確定溫度測量值的有效范圍，在 獲取到溫度測量值時首先進(jìn)行有效性判斷，以診斷溫度傳感器是否發(fā)生故障，若診斷為正 常狀態(tài)，則輸出溫度測量值；若診斷發(fā)生故障，則進(jìn)行具體故障工況定位以及溫度真實值的 重構(gòu)或估計，實現(xiàn)操作簡單，不需要增加任何硬件成本即可實現(xiàn)溫度傳感器的故障診斷以 及容錯估計，提高了故障診斷的有效性以及可用性；
[0026] 2)本發(fā)明預(yù)先獲取不同故障工況下的故障樣本數(shù)據(jù)，利用不同故障工況下的溫度 信號特性建立故障工況與溫度測量值之間的對應(yīng)關(guān)系，由對應(yīng)關(guān)系建立每種故障工況的故 障判定規(guī)則，在發(fā)生故障時，則可通過故障判定規(guī)則直接判斷故障工況的類別，實現(xiàn)具體故 障源的準(zhǔn)確定位，從而提高故障診斷的準(zhǔn)確性；
[0027] 3)本發(fā)明通過對各故障工況下的故障樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立各故障工況下溫度 測量值與溫度真實值之間的關(guān)系模型，由關(guān)系模型重構(gòu)或估計出溫度真實值以進(jìn)行控制和 保護(hù)，實現(xiàn)溫度傳感器故障的容錯估計，從而提高系統(tǒng)的可用性；
[0028] 4)本發(fā)明中當(dāng)故障工況對應(yīng)的溫度測量值與溫度真實值之間呈線性關(guān)系時，則可 直接通過預(yù)先建立的線性關(guān)系模型重構(gòu)出溫度真實值；當(dāng)不呈線性關(guān)系時，則利用溫度傳 感器在正常狀態(tài)下得到的歷史數(shù)據(jù)估計出溫度真實值，從而使得在各種故障工況下均能夠 通過重構(gòu)或估計獲得溫度真實值，進(jìn)一步提供系統(tǒng)的可用性。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本實施例機車溫度傳感器故障診斷及容錯估計方法的實現(xiàn)流程示意圖。
[0030] 圖2是本實施例機車溫度傳感器故障診斷及容錯估計方法的實現(xiàn)原理示意圖。
[0031] 圖3是本實施例中溫度采集電路以及溫度測量值獲取的原理示意圖。
[0032] 圖4是本發(fā)明具體實施例中不同溫度時各工況下溫度測量值的變化曲線結(jié)果示 意圖。
[0033] 圖5是本發(fā)明具體實施例中各工況下溫度測量值范圍的結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而 限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035] 如圖1、2所示，本實施例機車溫度傳感器故障診斷及容錯估計方法，步驟包括：
[0036] 1)預(yù)先在機車中待診斷溫度傳感器處于不同故障工況時檢測預(yù)設(shè)范圍內(nèi)溫度，分 別獲取通過溫度采集電路采集到的溫度測量值；根據(jù)各溫度測量值建立故障工況與溫度測 量值之間的對應(yīng)關(guān)系、以及各故障工況下溫度測量值與溫度真實值之間的關(guān)系模型；
[0037] 2)實時獲取待診斷溫度傳感器的當(dāng)前溫度測量值；判斷當(dāng)前溫度測量值是否為 有效檢測值，如果是，則診斷為處于正常狀態(tài)，將當(dāng)前溫度測量值作為溫度真實值輸出；否 則診斷為處于故障狀態(tài)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3);
[0038] 3)根據(jù)對應(yīng)關(guān)系定位當(dāng)前溫度測量值所對應(yīng)的故障工況，并根據(jù)關(guān)系模型重構(gòu)或 估計出當(dāng)前溫度真實值。
[0039] 本實施例預(yù)先獲取不同故障工況下的故障樣本數(shù)據(jù)，由故障樣本數(shù)據(jù)的溫度信 號特征分析得到故障工況與溫度測量值之間的對應(yīng)關(guān)系，則由該對應(yīng)關(guān)系可建立用于判 斷故障工況的故障樣本知識庫，故障樣本知識庫中包含有不同故障工況的判斷規(guī)則，在發(fā) 生故障時，通過基于判斷規(guī)則的專家診斷來判斷故障工況的類別，實現(xiàn)具體故障源的準(zhǔn) 確定位，從而提高故障診斷的準(zhǔn)確性